リゾチームは、微生物感染に対する体の防御機構において重要な役割を果たす、自然に存在する酵素です。リゾチームは、自然界で最も効率的な抗菌剤の一つとされており、唾液、涙、粘液、母乳など様々な体液に含まれています。細菌性病原体に対する第一線の防御機能を持つことから、基礎および応用微生物学、さらに医薬品やバイオテクノロジー分野でも注目されています。

Creative Enzymesは、高品質なリゾチームを含む酵素の世界的リーディングサプライヤーです。本記事では、リゾチームの科学的特性、その作用機序、人の健康における役割、そして治療への応用可能性について解説します。

図1. リゾチームC (Gallus gallus)

リゾチームの生化学

リゾチームは、加水分解酵素の一種であり、特にグリコシド加水分解酵素に分類され、グリコシド結合の加水分解を触媒します。約14.5kDaの比較的小さなタンパク質で、一本のポリペプチド鎖がコンパクトに折りたたまれた構造を持ちます。1922年、ペニシリンの発見で有名なアレクサンダー・フレミングによって初めて発見されました。しかし、リゾチームは抗生物質が広く使われる以前から抗菌特性を持つことが知られていました。

この酵素は主に、特定の細菌の細胞壁を分解することで作用します。細菌の細胞壁は、ペプチドグリカンと呼ばれる糖鎖と短いペプチドが架橋した高分子で構成されています。リゾチームは、ペプチドグリカン中の糖単位間のβ-1,4-グリコシド結合を切断し、細菌の細胞壁を弱体化させ、浸透圧溶解（細胞内外の浸透圧の不均衡により細菌細胞が破裂する現象）を引き起こします。これにより、リゾチームは特にペプチドグリカン層が厚いグラム陽性菌に対して効果的ですが、特定条件下では一部のグラム陰性菌にも作用します。

図2. リゾチームが触媒する反応の概要

リゾチームの供給源

リゾチームは様々な生体液に存在し、免疫防御におけるその重要な役割を示しています。主な供給源は以下の通りです。

• 唾液：リゾチームはヒトの唾液中に豊富に含まれ、虫歯や歯周病、その他の口腔感染症の原因となる細菌を中和し、口腔衛生を維持します。
• 涙：リゾチームはヒトの涙の主要成分であり、目を微生物の侵入から守り、眼の健康を維持します。
• 粘液：リゾチームは呼吸器や消化管から分泌される粘液にも含まれ、呼吸器や消化器を通じて侵入する病原体を捕捉・中和します。
• 母乳：母乳にはリゾチームが含まれており、免疫系が未発達な乳児にとって感染症から身を守る重要な防御となります。
• 血液および尿：濃度は低いものの、リゾチームは血液や尿にも存在し、体内の病原体防御に寄与しています。

ヒト体内だけでなく、リゾチームは動物、植物、一部の細菌など他の生物にも存在します。例えば、鶏卵白はリゾチームの最も豊富な天然供給源の一つであり、全タンパク質の約3.5%を占めます。→ 鶏卵白由来リゾチーム

図3. ヒトリゾチームとHEWLはc型リゾチームの中で最も知られ、特徴づけられています。（鶏卵白リゾチームの結晶構造：5B1F；ヒトリゾチームの結晶構造：7XF6）（Bergamo and Sava, 2024）

抗菌作用のメカニズム

リゾチームの主な抗菌メカニズムは、細菌細胞壁のペプチドグリカン層の主要構成要素であるN-アセチルムラミン酸（NAM）とN-アセチルグルコサミン（NAG）間のβ-1,4-グリコシド結合を加水分解する能力にあります。この結合を切断することで、細菌細胞壁の構造的完全性が損なわれ、外部からのストレス（浸透圧変化など）に対して細菌が脆弱になります。これにより細胞が破裂し、特にペプチドグリカン層が厚く細胞安定性に重要なグラム陽性菌で細胞死を引き起こします。

しかし、リゾチームの作用は細胞壁の分解だけにとどまりません。さらに、以下のように細菌の挙動に影響を与える能力も持っています。

• 細菌代謝の修飾：リゾチームは細菌の代謝経路を変化させ、重要な細胞プロセスを阻害することがあります。
• 炎症反応の誘導：唾液や粘液などの体液中でリゾチームが作用する際、他の免疫細胞を感染部位に呼び寄せ、体の防御機構を強化することがあります。

さらに、リゾチームは細菌バイオフィルムの破壊など、追加の抗菌作用モードを持つ可能性があることが研究で示唆されています。バイオフィルムは、細菌が保護的な細胞外マトリックスに包まれて集団を形成したもので、多くの従来型抗生物質に耐性を示します。リゾチームはバイオフィルムマトリックスの構成要素を分解できるため、嚢胞性線維症、慢性創傷、医療機器関連感染症など、バイオフィルム形成に関連する慢性感染症の治療にも役立つ可能性があります。

図4. リゾチームはこれら2つのメカニズムで抗菌作用を示します。細菌細胞壁のペプチドグリカン（PG）骨格はNAGとNAMがペプチドステムで結合し、脂質キャリアを介して細胞膜（紫）に固定されています。リゾチーム（黄金色）はPGのβ-1,4グリコシド結合上のNAGとNAM間の結合を加水分解し、細胞壁の不安定化と細菌死を引き起こします。さらに、リゾチーム（黄金色）は自身のカチオン機構を利用して負に帯電した細胞膜上に孔を形成し、殺菌を達成します。（Jiang et al., 2021）

ヒトの健康におけるリゾチームの役割

リゾチームは侵入する病原体に対する最初の防御線の一つであり、様々な体液に存在することは、恒常性の維持や感染予防におけるその重要性を示しています。以下は、ヒトの健康におけるリゾチームの主な役割です。

• 細菌感染防御：リゾチームの最もよく知られた機能は抗菌活性です。細菌の細胞壁を標的として破壊することで、感染への初期バリアとなり、微生物の侵入リスクを低減します。
• 免疫系のサポート：リゾチームは抗体、食細胞、サイトカインなど他の免疫系成分と協調して働きます。細菌を直接殺すだけでなく、他の免疫分子と相互作用して炎症を促進し、病原体の排除を促進します。
• 口腔の健康：口腔内では、リゾチームは虫歯や歯周病の原因となる有害細菌の増殖を抑制するために不可欠です。唾液中のリゾチームは微生物バランスを調整し、病原性種の過剰増殖を防ぎます。
• 粘膜表面の保護：リゾチームは粘膜表面の保護にも重要です。例えば呼吸器系では、吸入された細菌やウイルスを中和し、上気道感染を防ぎます。消化管では、食物とともに摂取された病原体と戦います。
• 乳児の健康：母乳中のリゾチームは、免疫系が未発達な乳児に追加の防御層を提供します。母乳育児は、リゾチーム含有量のおかげで、特に消化管、呼吸器、耳の感染症発症率を低減します。
• 炎症の調節：リゾチームは免疫細胞の活性化を通じて局所的な炎症反応に影響を与えることができます。マクロファージなどの免疫細胞を刺激することで、感染制御に必要な炎症の大きさや持続時間を調整し、過度な組織損傷を防ぎます。

図5. リゾチームの多様な役割（Zhang et al., 2024より改変）

リゾチームの臨床・医薬品応用

強力な抗菌特性を持つリゾチームは、臨床や医薬品分野で幅広く応用されています。主な用途は以下の通りです。

• 創傷治癒：リゾチームは、細菌負荷を減らし治癒を促進する能力から、創傷ケア製品に使用されています。リゾチームの外用は、創傷感染を防ぎ、微生物の増殖を抑制することで回復を早めます。
• 抗生物質の代替：抗生物質耐性が世界的な健康問題となる中、リゾチームは従来の抗生物質の代替または補助として注目されています。天然由来で細菌細胞壁を標的とする能力から、抗生物質が効かない感染症治療の有望な候補です。
• プロバイオティクス製剤：リゾチームをプロバイオティクスと組み合わせて感染予防効果を高める研究も行われています。特に消化管感染症の予防において、善玉菌と相乗的に働くことで、健康な腸内環境維持や病原体の過剰増殖防止に寄与する可能性があります。
• 食品保存：リゾチームは食品業界でも天然保存料として利用されています。抗菌特性により、食品を腐敗させる細菌の増殖を抑制します。特にチーズなどの乳製品で、細菌汚染防止のためによく使用されます。
• 口腔ケア製品：口腔衛生維持の役割から、リゾチームは歯磨き粉やマウスウォッシュなどの口腔ケア製品にも配合されています。口腔内の有害細菌を中和し、歯周病、虫歯、口臭のリスクを低減します。

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まとめると、リゾチームは細菌感染に対する体の防御に不可欠な、優れた天然抗菌酵素です。細菌細胞壁を標的として分解する能力と、様々な体液に存在することから、その健康維持における重要性が強調されます。ヒトの唾液や涙などの自然な存在から、食品保存や創傷ケアへの応用まで、リゾチームは多くの利点をもたらします。

抗菌薬耐性が拡大する中、リゾチームを従来型抗生物質の代替として探求することは大きな可能性を秘めています。完全な可能性を引き出すには課題も残りますが、リゾチームベースの治療法の未来は明るく、細菌感染症に対する自然で持続可能な解決策を提供します。

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